Am 2. April 1979 entwich aus einem Schornstein auf einem sowjetischen Militärgelände nahe Swerdlowsk ein rätselhaftes Pulver. Im Lauf der darauf folgenden Wochen erkrankten in der nahe gelegenen zentralasiatischen Stadt Swerdlowsk (dem heutigen Jekaterinburg) mindestens 80 Anwohner. Zunächst sah es so aus, als hätten sie sich bloß eine Grippe eingefangen. Nach ein paar Tagen kamen allerdings weitere Symptome hinzu, darunter massive innere Blutungen. Letztlich starben mindestens 68 Menschen, wobei die genaue Zahl bis heute nicht feststeht.

Ein paar Eingeweihte auf der Militärbasis Swerdlowsk-19 wussten sofort, was passiert war. Auf dem Gelände entwickelten sowjetische Forscher eine biologische Waffe, die auf einem Stamm des Erregers der Infektionskrankheit Milzbrand basieren sollte. Wegen fehlender Luftfilter war der Stoff am 2. April nach außen gelangt – in unbekannter Menge und einer besonders perfiden Form: Wissenschaftler der geheimen Forschungsbasis hatten ein Substrat, das Sporen des Bakteriums Bacillus anthracis enthielt, so fein zermahlen, dass der Staub problemlos eingeatmet werden und tief in die Lunge eindringen konnte.

Einmal im Körper, keimen die kapselförmigen Sporen und ändern ihre Form. Sie werden zu langen Stäbchen, die sich vermehren und sich im Blut ausbreiten. Dabei scheiden sie toxische Proteinkomplexe aus, die verschiedene Gewebearten angreifen. Besonders gefährlich sind die Sporen, wenn man sie einatmet: Sofern der Patient nicht sofort ein geeignetes Antibiotikum bekommt, stirbt er binnen Tagen. In Swerdlowsk hielt das sowjetische Militär den Ausbruch jedoch geheim, fatalerweise auch gegenüber den lokalen Behörden. Diese hätten vielleicht einige Leben mehr retten können, wenn sie gewusst hätten, worauf die rätselhaften Symptome der erkrankten Anwohner zurückgingen.

Aber der sowjetische Geheimdienst KGB versuchte verzweifelt, den Unfall zu vertuschen. Im Herbst 1979 sickerte die Geschichte trotzdem an die Öffentlichkeit durch und erwischte westliche Analysten und Geheimdienste kalt. Sie hatten bis dahin keine Ahnung, dass die Sowjetunion an biologischen Waffen arbeitete – und damit gegen ein 1972 geschlossenes Abkommen verstieß, das deren Entwicklung, Herstellung, Lagerung und Nutzung verbietet. Etwa 100 Länder einschließlich der UdSSR und den USA hatten diese Biowaffenkonvention unterzeichnet. Trotzdem reichten die USA keine förmliche Klage ein.

Damals beschäftigte Experten auch eine heikle Frage: Hatten sowjetische Forscher das Bakterium B. anthracis genetisch modifiziert, um seine tödliche Wirkung zu steigern? Westliche Geheimdienste hielten das zu der Zeit für sehr plausibel, schließlich experimentierten Wissenschaftler bereits intensiv mit gentechnischen Verfahren. Heute gehen wir davon aus, dass die Biotechniker in Swerdlowsk lediglich einige Chemikalien hinzumischten und ein paar andere Kniffe einsetzten, damit sich die Milzbrandsporen leichter in der Luft verteilen konnten.

Kolonien von Bacillus anthracis, gewachsen auf einer Agarplatte im Labor.
© Centers for Disease Control and Prevention (CDC)
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Die Sowjetunion räumte letztlich ein, dass es in Swerdlowsk einen Milzbrandausbruch gegeben hatte. Offizielle Stellen stritten jedoch ab, dass der Militärapparat etwas damit zu tun hatte. Die wahre Ursache der Tragödie sei ein gastrointestinaler Milzbrand gewesen, ausgelöst durch die Schlachtung und den Verzehr von Tieren, die mit natürlich vorkommenden Sporen infiziert gewesen seien. Die Behauptung wurde später widerlegt, als internationale Experten die Gelegenheit hatten, von Pathologen vor Ort gesicherte Autopsieproben zu untersuchen.

Im Jahr 1992 gab der damalige russische Präsident Boris Jelzin schließlich zu, dass die frühere Sowjetunion ein großes Programm zur Erforschung und Produktion von biowaffentauglichen Substanzen unterhalten hatte. Jelzin versicherte, den sofortigen Abbruch des Programms angeordnet zu haben. Mittlerweile frei gegebene Dokumente zeigen aber, dass dies nur die halbe Wahrheit war: Demnach setzte das russische Militär seine Biowaffenforschung fort – und verheimlichte das vor der zivilen Staatsführung.

Das Milzbrandbakterium kommt in zwei verschiedenen Formen vor: entweder als stäbchenförmiges Bakterium oder als widerstandsfähige Spore
© Tami Tolpa / Scientific American April 2017
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 Bild vergrößernScheintod als Überlebenstrick
Das Milzbrandbakterium kommt in zwei verschiedenen Formen vor: entweder als stäbchenförmiges Bakterium, das sich vermehren und Gewebe schädigende Toxine ausschütten kann, oder als widerstandsfähige Spore, die in einem "scheintoten" Zustand sehr lange lebensfähig bleibt. Sporen bilden sich immer dann, wenn die äußeren Bedingungen, wie zu große Trockenheit, das Überleben der Bakterien beeinträchtigen könnten. Sind die Bedingungen günstig – wie im feuchten, nährstoffreichen Inneren eines Körpers –, können die Sporen wieder keimen und viele infektiöse Bakterien freisetzen.

Auf jeden Fall änderte sich die Politik wieder, als Wladimir Putin 1999 Präsident wurde. Seine Regierung blieb bei der Aussage aus Sowjetzeiten, dass es auf russischem Boden niemals ein offensives Biowaffenprogramm gegeben habe. Jedwede Forschung auf diesem Gebiet ziele allein auf den Schutz vor biologischen Angriffen und nicht darauf, selbst welche durchzuführen. Eine Aussage, die im Einklang mit der Biowaffenkonvention steht.

Heute versucht ein neu erstarktes Russland seinen Einfluss in der Weltpolitik zu vergrößern. Vor diesem Hintergrund finden wir es wichtig, die Lektion aus Swerdlowsk nicht zu vergessen. So haben Untersuchungen von uns und anderen Forschern gezeigt, dass es für ein Land oder eine Terrororganisation nicht besonders schwierig ist, ein Biowaffenprogramm im Verborgenen aufzubauen, zumal dafür bereits ein Minimum an bioindustrieller Infrastruktur ausreicht. Die USA gaben ihr eigenes Biowaffenprogramm Anfang der 1970er Jahre auf. Dennoch drängt die Regierung nicht mit dem nötigen Nachdruck darauf, dass andere Nationen dies auch tun.

Grafik zu Hautmilzbrand
© Tami Tolpa / Scientific American April 2017
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 Bild vergrößernHautmilzbrand
Bei der seit Jahrhunderten und bis heute am häufigsten vorkommenden und am seltensten tödlich verlaufenden Form von Milzbrand infiziert B. anthracis die Haut; es bildet sich eine Läsion, die an einen Spinnenbiss erinnert.
Grafik zu Magen- oder Darmmilzbrand und Lungenmilzbrand
© Tami Tolpa / Scientific American April 2017
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 Bild vergrößernMagen- oder Darmmilzbrand und Lungenmilzbrand

Linker Teil: Herdentiere laufen besonders große Gefahr, sich mit Magen- oder Darmmilzbrand anzustecken. Menschen, die das Fleisch infizierter Nutztiere essen, können eine Magen-Darm-Infektion entwickeln – vor allem, wenn das Fleisch nicht ausreichend erhitzt wurde.

Rechter Teil: Die am häufigsten tödlich verlaufende Form des Milzbrands, der Lungenmilzbrand, wird durch Einatmen von Sporen ausgelöst. Autopsieproben von Opfern eines 1979 in Swerdlowsk (dem heutigen Jekaterinburg) erfolgten Ausbruchs beweisen, dass diese daran starben.

Einst galt Milzbrand als eine Krankheit von Hirten, Webern und Gerbern

Milzbrand war schon lange bekannt, bevor Militärstrategen Anfang des 20. Jahrhunderts das Potenzial seiner Pathogene als Waffe entdeckten. Zuvor galt die Krankheit als Problem von Hirten, Webern und Gerbern. In den 1870er Jahren entdeckte der deutsche Mikrobiologe und spätere Nobelpreisträger Robert Koch (1843–1910), dass der Keim B. anthracis das Leiden hervorruft. Wie Koch zeigte, verwandeln die Bakterien sich in längliche Stäbchen, wenn sie sich in einer Umgebung befinden, in der sie schnell wachsen können – beispielsweise im feuchten, nährstoffreichen Inneren von Tieren. Im Trockenen hingegen entwickeln die Mikroben harte, nahezu unverwüstliche Sporen, die Jahrzehnte und manchmal sogar Jahrhunderte in der Umwelt überdauern können und dabei ihr tödliches Potenzial bewahren. Als Koch gesunden Mäusen die Sporen injizierte, verwandelten diese sich in infektiöse Bazillen, die Milzbrand auslösten und die Tiere töteten.

Heute sind sich Experten sicher: Es ist sehr wichtig, Milzbrand frühzeitig zu erkennen und zu behandeln. Der französische Wissenschaftler Louis Pasteur (1822–1895) entwickelte einige Jahre nach Kochs Entdeckung sogar einen Impfstoff dagegen. Ohne diesen hängt die Todesrate maßgeblich von der Eintrittspforte des Erregers ab: Gelangen auch nur wenige Sporen in die Lunge, verläuft die Infektion ohne Behandlung immer tödlich. Die Mortalität bei unbehandelten Hautinfektionen beträgt hingegen nur zehn Prozent, bei gastrointestinalem Milzbrand ist sie nicht bekannt, dürfte aber zwischen 25 und 60 Prozent liegen. Mit Blick auf seine Eigenschaften liegt es auf der Hand, dass sich der Milzbranderreger in Form von trocken und kühl gelagerten Sporen zur unkonventionellen Kriegsführung eignet. Somit können Militärs sie im industriellen Maßstab herstellen und irgendwann gegen feindliche Soldaten auf dem Schlachtfeld einsetzen. Ein strategischer Nebeneffekt: Auf kontaminierten Böden dürfen jahrzehntelang keine Tiere grasen.

Für jeden, der eine Zivilbevölkerung in Angst und Schrecken versetzen will, bietet Lungenmilzbrand einen zusätzlichen Vorteil. Die Symptome zu Beginn – Fieber, Abgeschlagenheit und Muskelschmerzen – ähneln denen einer Grippe oder Lungenentzündung, was in betroffenen Regionen für große Unsicherheit sorgen würde. Erst einige Tage später leiden infizierte Patienten plötzlich unter Kurzatmigkeit. Auch werden ihre Lippen blau, und in der Brust sammelt sich Flüssigkeit. Zu diesem Zeitpunkt ist der Tod normalerweise unvermeidlich. In der Autopsie zeigen sich dann charakteristische innere Blutungen nahe der Lunge und rund um das Gehirn.

Ein schlichtes Missverständnis bei Wartungsarbeiten führte 1979 zur Katastrophe

Der Unfall ereignete sich am 2. April 1979 im Forschungsinstitut für Mikrobiologie auf dem Militärgelände Swerdlowsk-19. Bis heute hat kein Außenstehender den Komplex betreten. Dennoch haben wir im Lauf der vergangenen Jahrzehnte und insbesondere nach Auflösung der Sowjetunion den Hergang der Katastrophe rekonstruiert, Puzzlestück für Puzzlestück. Wir haben dazu zahlreiche Wissenschaftler, Ärzte und Techniker interviewt, die zum damaligen Zeitpunkt in der Stadt Swerdlowsk arbeiteten oder deren Kollegen am Forschungsinstitut tätig waren.

Auf der Grundlage dieser Informationen glauben wir, dass das sowjetische Biowaffenprogramm bereits 1928 startete. Auf seinem Höhepunkt in den späten 1980er Jahren waren dort etwa 60 000 Menschen beschäftigt. B. anthracis entwickelte sich rasch zu einem der wichtigsten Pathogene in dem Programm. Frühe Forschungsergebnisse hatten gezeigt, dass sich das Bakterium leicht waffentauglich machen lässt. 1949 entstand dann nahe Swerdlowsk, am Standort einer alten Infanterieschule, das erste Militärlabor. Es lag zunächst ein ganzes Stück außerhalb der Siedlung. 15 Jahre später hatte sich die Stadt rund um die geheime Anlage ausgedehnt. Trotz der Nähe zur Zivilbevölkerung entschied das Verteidigungsministerium in den 1960er Jahren, die Anlage auszubauen, so dass dort Arbeiter Tonnen an B.-anthracis-Sporen produzieren konnten, die Voraussetzung für ein robustes Biowaffenprogramm. Wie wir inzwischen wissen, gab es Mitte der 1950er Jahre im US-Bundesstaat Arkansas vergleichbare Produktionsstätten, die man aber später zerstörte.

Die Planer der sowjetischen Anlage statteten letztlich ein vierstöckiges Gebäude in Swerdlowsk mit großen Bioreaktoren für die Anzucht von B. anthracis aus. Außerdem installierten sie Trocknungsanlagen, in denen die Bakterien Sporen entwickelten. Dies sind übliche Maßnahmen, wenn man lebende Organismen in industriellem Maßstab herstellen will. Neu waren die nächsten Schritte. Die Wissenschaftler mischten bestimmte Chemikalien – wir wissen noch immer nicht, welche – zu den Sporen, um zu verhindern, dass diese verklumpten und damit Brocken bilden konnten, die für die Inhalation zu groß sind. Anschließend trockneten die Techniker den Mix und zermahlten ihn zu einem feinen Pulver, das tief in die Lunge eindringen kann. Das tödliche Endprodukt kam schließlich zur Lagerung in Edelstahltanks.

Das Trocknen und Mahlen sorgte unter den damaligen Bedingungen zwangsläufig dafür, dass sich tödliche Sporen im gesamten Gebäude verteilten. Die Arbeiter trugen zu ihrer eigenen Sicherheit dicke Schutzanzüge, und die Luft in den Räumen musste erst gereinigt werden, bevor sie nach außen gelangen durfte. Der Aufwand dafür war überschaubar. So passierten die kontaminierten Luftströme der Trocknungsanlagen eine Reihe von Abluftfiltern. Diese hielten größere Partikel wie Staub zurück und entfernten winzige Teilchen wie die Sporen des Milzbranderregers.

Doch am 2. April 1979 kam es anscheinend zu einem Missverständnis. Das Team der Tagschicht entfernte zu Wartungszwecken zwei der Filter. Zu dem Zeitpunkt waren die Trocknungsanlagen abgeschaltet, und die Arbeiter wollten überprüfen, wie leistungsfähig die Filter noch waren. Sie behaupteten später, eine Anweisung im Betriebszentrum hinterlassen zu haben, der zufolge man die entsprechenden Trockner nicht benutzen sollte. Nur erfuhr die Nachtschicht aus irgendwelchen Gründen nichts davon und startete bei Schichtbeginn den üblichen Produktions- und Trocknungszyklus.

So nahm die Katastrophe ihren Lauf. Da einige der hintereinandergeschalteten Filter fehlten, verstopfte einer der nächsten. Irgendwann platzte er, wodurch der Druck in der Lüftungsanlage schlagartig anstieg. Das fiel einem der Arbeiter zwar sofort auf, und die 30 oder 40 Mitglieder der Nachtschicht beeilten sich, die Anlage herunterzufahren. Aber das Produktionsverfahren war zu komplex, um es von einer Minute auf die andere zu stoppen. Das Abschalten dauerte ganze drei Stunden, in denen eine ungeheure Anzahl an Sporen ungehindert durch den 25 Meter hohen Abluftschacht ins Freie gepustet wurde.

Nachdem die Truppe realisiert hatte, was passiert war, erstattete ihr Schichtleiter dem Befehlshaber von Swerdlowsk-19 Bericht. General V. V. Mikhaylov informierte das Verteidigungsministerium in Moskau. Dieses wiederum trug dem General auf, Stillschweigen zu bewahren. Der KGB konfiszierte später alle Krankenakten und Autopsieberichte. So weiß heute niemand, wie viele Sporen während des Unfalls entwichen sind. Experten schätzen, dass es sich um ein halbes bis ein Kilogramm kontaminiertes Material handelte, in dem sich zwischen ein paar Milligramm und ein Gramm an Sporen befanden. Unter der Annahme, dass die Erreger voll lebensfähig waren und weiträumig niedergingen, hätten wohl mehrere hunderttausend ahnungslose Menschen an Milzbrand erkranken können – schließlich hatte Swerdlowsk damals 1,2 Millionen Einwohner. Jedoch hatte die Stadt großes Glück: Der Wind blies die Sporen vom Zentrum weg über eher spärlich bewohnte Gebiete.

Autopsieproben der Verstorbenen halfen endlich, den Keim einzuordnen

Erst nach und nach haben wir mehr über die Biologie des B.-anthracis-Stamms gelernt, der für die Tragödie in Swerdlowsk verantwortlich war. In den 1990er Jahren konnte etwa ein Expertenteam um Matthew Meselson von der Harvard University zweimal medizinische und epidemiologische Untersuchungen in der Stadt durchführen. Eine andere wichtige Datenbasis sind Autopsieproben, die russische Ärzte während der kooperativeren 1990er Jahre internationalen Forscherteams zur Verfügung stellten. Dank Fortschritten in der Biotechnologie konnten westliche Wissenschaftler diese Proben mittlerweile eingehend analysieren.

Einer von uns (Walker) hat Meselson auf seiner ersten Reise begleitet und sprach bei dieser Gelegenheit auch mit in der Region ansässigen Pathologen. Unter ihnen war Lev Grinberg. Er brachte Autopsieproben (sicher fixiert in Formalin und eingebettet in Paraffin) von Opfern zur weiteren Untersuchung in die USA. Ein anderer von uns (Keim) arbeitete im Los Alamos National Laboratory mit Paul Jackson zusammen, um die DNA aus diesen Proben zu extrahieren. Wir konnten bestätigen, dass die Patienten an Milzbrand gestorben waren. Wie spätere Forschungsergebnisse anderer Fachleute ergaben, weist der Swerdlowsk-Stamm, auch bekannt als B. anthracis 836, eine einzigartige genetische Signatur auf.

Mit dem molekularen Fingerabdruck in Händen können Experten nun die Ausbreitung des Stamms in der Welt verfolgen. So erkannten Wissenschaftler um Paul Keim im Jahr 2001, dass der Swerdlowsk-Stamm nicht bei den Anthraxattacken in den USA, bei denen Briefe mit Milzbrandsporen fünf Menschen töteten, verwendet worden war. Zu jenem Zeitpunkt waren allerdings nur kleine Bereiche des Genoms von B. anthracis 836 bekannt und noch viele Fragen offen.

Erst 2015 konnte ein Team um Paul Keim aus den Autopsieproben zweier Swerdlowsk-Milzbrandopfer die gesamte Genomsequenz jenes Bakterienstamms nachbilden. Die beiden Bakterienproben erwiesen sich als identisch und stimmten zudem mit B. anthracis 836 überein. Wie die 2016 veröffentlichte Genanalyse zeigte, gehört der Stamm zur bekannten "Trans-Eurasia"-Gruppe. Außerdem fanden die Autoren keine Hinweise auf eine gentechnische Modifikation, die etwa die Virulenz oder Antibiotikaresistenz verstärkt oder einen Impfschutz vereitelt hätte. Die Wissenschaftler des sowjetischen Militärs waren also auf ein Bakterium gestoßen, das bereits von Natur aus tödlich genug war, um als Waffe in Frage zu kommen.

Insgesamt mahnt das Debakel von Swerdlowsk, dass man bei einer Milzbrandattacke die Opferzahlen am ehesten gering halten kann, wenn man bereits aktiv wird, bevor sich die Sporen verteilt haben. Trotz der Milliarden US-Dollar, welche die US-amerikanische Regierung in die Forschung zum Schutz vor Biowaffen investiert, fehlt unserer Meinung nach eine einheitliche und umfassende Strategie für den Umgang mit biologischen Bedrohungen. Der einzige in den USA verfügbare Impfstoff, der nachweislich nach Kontakt mit B. anthracis eine Erkrankung verhindern kann, muss über mehrere Monate mehrfach verabreicht werden und erfordert danach regelmäßige Auffrischimpfungen.

Derzeit weiß niemand, ob es noch Bestände aus der B.-anthracis-Produktion der ehemaligen Sowjetunion gibt. Nach einer Vereinbarung zwischen den USA, Usbekistan und Kasachstan vernichtete man 30 Tonnen sporenhaltiges Material. In den 1990er Jahren führten Experten in den ehemaligen Sowjetrepubliken einige Produktionsstätten einem zivilen Nutzen zu, unter den wachsamen Augen internationaler Wissenschaftler. Aber keine ausländische Expertengruppe durfte die drei russischen Institute des Verteidigungsministeriums oder die fünf zivilen "Seuchenschutz"-Institute, die eine Rolle in der Biowaffenforschung und in der Produktion von biowaffentauglichen Substanzen spielten, besuchen oder gar inspizieren.

Seit 2003 hat das US-amerikanische Außenministerium neun Waffenkontrollberichte veröffentlicht. In allen wird Russland verdächtigt, das Biowaffenabkommen von 1972 zu verletzen. Die Berichte enthalten zwar keine Details, die diese Behauptung untermauern, denn wahrscheinlich handelt es sich um geheime Informationen. Doch es gibt genug weitere Gründe zur Besorgnis. So zeigen im Internet einsehbare Satellitenaufnahmen modernisierte Gebäude auf dem Gelände von Sverdlowsk-19. Auch sind dort neue Bauten hinzugekommen. Außerdem schrieb Wladimir Putin 2012 in einer russischen Zeitung, in Zukunft würden "auf neuen Prinzipien (Strahlentechnik, geophysikalischer Technik, Wellentechnik, Gentechnik, psychophysikalischer oder anderer Technik) beruhende Waffensysteme" entwickelt. Der russische Verteidigungsminister verkündete später, sein Ressort mache hinsichtlich dieser Ziele Fortschritte. In diesem Zusammenhang kann man auch sehen, dass Putin am 1. Januar 2015 die fast 25-jährige Partnerschaft zwischen den USA und Russland zur aktiven Demontage nuklearer Bestände auslaufen ließ.

Die Besorgnis erregenden öffentlichen Signale hätten die letzten US-Administrationen eigentlich dazu veranlassen sollen, die russische Regierung mit einem möglichen Verstoß gegen das Biowaffenabkommen zu konfrontieren. Soweit wir das beurteilen können, ist dieser Schritt ausgeblieben. Auch die aktuelle US-Regierung scheint keine entsprechende Rüge zu planen. Unsere Befürchtung ist, dass man Russland damit quasi grünes Licht für die Entwicklung fortschrittlicher Biowaffen gibt. Darauf dürften viele Länder auf der Erde schlecht vorbereitet sein.